DE19813900A1 - Hydraulically operated power screwdriver and method for its production - Google Patents

Hydraulically operated power screwdriver and method for its production

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Joerg Hohmann
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Abstract

The invention relates to a hydraulically operated power wrench and to a method for controlling the same. Said power wrench comprises a lever which can be turned by means of a piston-cylinder unit, with a ratchet arrangement for progressively turning a ratchet sleeve; a drive unit with a motor-driven volumetric pump, an input electronics unit for inputting a desired prestressing force, the size of the screw, the thread pitch and the grip of bolt, an output electronics unit for determining a desired screw gripping-angle from the inputted values, a detecting device for determining the actual screw-gripping angle based on the course of travel of the piston-cylinder unit starting from the joining point and a control and cut-off device for stopping the movement of the piston-cylinder unit when the desired screw-gripping angle is reached.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulisch betriebenen Kraftschrauber und ein Verfahren zu seiner Steuerung mit einem durch eine Kolben-Zylinder-Einheit schwenkbaren Hebel mit einer Ratschenanordnung zum schrittweisen Drehen einer Ratschenbüchse und einer Antriebseinheit mit einer motorisch angetriebenen, volumetrischen Pumpe.The invention relates to a hydraulically operated Power wrench and a method for its control with a through a piston-cylinder unit swiveling lever with a Ratchet arrangement for gradually turning a ratchet sleeve and a drive unit with a motor-driven, volumetric pump.

Ein derartiger Kraftschrauber ist beispielsweise in der DE 34 16 879 C2 beschrieben. Bei diesem Kraftschrauber besteht zwischen dem Kolbenweg der Kolben-Zylinder-Einheit und damit dem Schwenkwinkel der Ratschenbüchse sowie dem Volumenstrom der volumetrischen Pumpe ein vorgegebenes Verhältnis, das sich aus der Formel
Such a power wrench is described for example in DE 34 16 879 C2. In this power wrench, there is a predetermined ratio between the piston travel of the piston-cylinder unit and thus the swivel angle of the ratchet sleeve and the volume flow of the volumetric pump, which results from the formula

ergibt. Hierbei ist H der Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit, VD das Volumen des in den Zylinder eingeleiteten Öls und AKD die Kolbenfläche des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit.results. Here H is the stroke of the piston-cylinder unit, V D the volume of the oil introduced into the cylinder and A KD the piston surface of the piston of the piston-cylinder unit.

Bei einer Antriebseinheit aus einer motorisch angetriebenen, volumetrischen Pumpe, insbesondere einer Kolbenpumpe ergibt sich der Volumenstrom der Pumpe aus der Umdrehungsgeschwindigkeit des Antriebsmotors der Pumpe und dem je Umdrehung gelieferten Pumpenvolumen entspricht ein bestimmter Hubweg H der Kolben-Zylinder-Einheit.In the case of a drive unit consisting of a motor-driven volumetric pump, in particular a piston pump results the volume flow of the pump from the speed of rotation of the Drive motor of the pump and the one supplied per revolution Pump volume corresponds to a certain stroke H Piston-cylinder unit.

Bei den bisher bekannten Kraftschraubern der eingangs erwähnten Art wurde eine Steuerung des Anzugsmoments, das sich direkt aus dem auf die Kolben-Zylinder-Einheit wirkenden Druck und dem Hebelarm des schwenkbaren Hebels ergibt, in der Weise durchgeführt, daß der Druck der Antriebseinheit auf einen dem Soll-Anzugsmoment entsprechenden Soll-Druck eingestellt wurde, so daß sich ein einstellbares Druckventil bei Erreichen des Soll-Drucks und damit des Anzugmoments öffnete und die Hubbewegung der Kolben-Zylinder-Einheit zum Stillstand kam. Mit dieser bekannten Steuerung waren jedoch die ebenfalls bekannten Nachteile des Anziehens über das Drehmoment eines Kraftschraubers verbunden, das bekanntermaßen stark von äußeren Umständen, wie Gewindereibung, Reibung gegenüber einer Auflagefläche und Verformung der mittels der Schraubenverbindung zusammenzufügenden Bauteile und dergleichen abhängig ist und daher kein genaues Maß für die tatsächlich erreichte Schraubenvorspannung ist.In the previously known power wrenches mentioned above Kind of became a control of the tightening torque, which is straight out the pressure acting on the piston-cylinder unit and the Lever arm of the pivotable lever results in the manner performed that the pressure of the drive unit on the one Target tightening torque corresponding target pressure was set, so that there is an adjustable pressure valve when the Target pressure and thus the tightening torque opened and the lifting movement the piston-cylinder unit came to a standstill. With this known control, however, were the known disadvantages of tightening connected via the torque of a power screwdriver, which is known to depend heavily on external circumstances, such as Thread friction, friction against a contact surface and Deformation of those to be joined by means of the screw connection Components and the like is dependent and therefore not an exact measure for the actually achieved bolt preload.

Aufgrund des Hooke'schen Gesetzes ist die tatsächlich erreichte Schraubenvorspannung direkt proportional zum Schraubendrehwinkel bei gegebener Gewindesteigung, da einem bestimmten Schraubendrehwinkel eine bestimmte Schraubendehnung und damit eine bestimmte Schraubenvorspannung entspricht.Because of Hooke's law, this is actually achieved  Bolt preload directly proportional to the bolt rotation angle given thread pitch as a certain Screw rotation angle a certain screw elongation and thus one corresponds to certain screw preload.

Um diesen Drehwinkel zu bestimmen, ist es bei drehend angetriebenen Kraftschraubern, beispielsweise aus der DE 43 31 846 A1, bekannt, eine Schraubverbindung zunächst bis zur Auflage der Bestandteile der Schraubverbindung aufeinander anzuziehen. Erst wenn die verschiedenen Bestandteile dieser Schraubverbindung satt aufeinander liegen, d. h. wenn der Fügepunkt erreicht ist, wird bei dem bekannten Verfahren die Erkenntnis benutzt, daß bis zum Erreichen des Fügepunkts nur ein geringer Anstieg des vom Kraftschrauber aufgebrachten Drehmoments und damit des auf den Kraftschrauber wirkenden Drucks eintritt, dieses Drehmoment und damit der Druck vom Fügepunkt ab jedoch steil ansteigt und somit der Knickpunkt im Drehmoment- bzw. Druckverlauf als Ausgangspunkt für die Bestimmung des Ist-Schraubenspannwinkels genommen werden kann. Bei dem in der DE 43 31 846 A1 beschriebenen Verfahren zum Anziehen einer Schraubverbindung wird der Fügepunkt erfaßt, indem der Gradient des Anzugsmoments gebildet wird, der am Fügepunkt einen signifikanten Sprung besitzt. Eine Angabe, wie der Ist-Schraubenspannwinkel im Vergleich zu einem vorgegebenen Soll-Schraubenspannwinkel ermittelt wird, findet sich nicht in der DE 43 38 846 A1.To determine this angle of rotation, it is rotating driven power screwdrivers, for example from DE 43 31 846 A1, known, a screw connection until the edition of Tighten components of the screw connection to each other. First when the various components of this screw connection are full lying on top of each other, d. H. when the joining point is reached in the known method uses the knowledge that up to Reaching the joining point only a slight increase in the from Power screwdriver applied torque and thus of the Power wrench acting pressure occurs, this torque and so that the pressure rises steeply from the joining point and thus the kink in the torque or pressure curve as a starting point for determining the actual screw clamping angle can. In the method described in DE 43 31 846 A1 Tightening a screw connection, the joining point is recorded by the gradient of the tightening torque is formed, that at the joining point has a significant jump. An indication of how the Actual screw clamping angle compared to a specified one The specified screw clamping angle is not found in the DE 43 38 846 A1.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen hydraulisch betriebenen Kraftschrauber und ein Verfahren zum Steuern eines hydraulisch betriebenen Kraftschraubers der eingangs erwähnten Art zu schaffen, durch die die Bedienung vereinfacht und Bedienungsfehler möglichst ausgeschaltet werden, ohne daß besondere Anforderungen an die Fachkenntnisse der Bedienungsperson gestellt werden. Des weiteren sollen Schäden an den anzuziehenden Schrauben und am Kraftschrauber vermieden, die Genauigkeit, mit der das Anziehen der Schrauben bewirkt wird, erhöht und eine sichere Übertragung der Meß- und Steuersignale gewährleistet werden.The invention is based on the problem of a hydraulic  operated power screwdriver and a method for controlling a hydraulically operated power wrench of the type mentioned to create, by which the operation is simplified and Operating errors are switched off as far as possible without special requirements for the operator's specialist knowledge be put. Furthermore, damage to the to be tightened Screws and screwdrivers avoided, the accuracy with which causes the screws to be tightened, increased and one secure transmission of the measurement and control signals guaranteed become.

Ausgehend von dieser Problemstellung wird bei einem hydraulisch betriebenen Kraftschrauber mit einem durch eine Kolben-Zylinder-Einheit schwenkbaren Hebel mit einer Ratschenanordnung zum schrittweisen Drehen einer Ratschenbüchse und einer Antriebseinheit mit einer motorisch angetriebenen, volumetrischen Pumpe vorgeschlagen, daß erfindungsgemäß eine Eingabeelektronik zum Eingeben einer Soll-Vorspannkraft, der Schraubengröße, der Gewindesteigung und der Klemmlänge oder des Schraubenmaterials, der Materialgüte, der Schraubengröße, der Gewindesteigung und der Klemmlänge, eine Auswerteelektronik zum Ermitteln eines Soll-Schraubenspannwinkels aus den eingegebenen Werten, eine Abtasteinrichtung für den Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit ausgehend vom Fügepunkt und eine Steuer- und Abschalteinrichtung zum Abschalten der Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit bei Erreichen des soll-Schraubenspannwinkels vorgesehen sind. Based on this problem, a hydraulic operated power wrench with one by one Piston-cylinder unit with a swiveling lever Ratchet arrangement for gradually turning a ratchet sleeve and a drive unit with a motor-driven, volumetric pump proposed that according to the invention a Input electronics for entering a target preload, the Screw size, thread pitch and clamp length or Screw material, the material quality, the screw size, the Thread pitch and the clamping length, an evaluation electronics for Determine a target screw clamping angle from the entered Values, a scanner for the actual screw clamping angle from the stroke of the piston-cylinder unit starting from the joining point and a control and switch-off device for switching off the Movement of the piston-cylinder unit when the intended screw clamping angle are provided.  

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß zwischen dem Volumenstrom der Pumpe und dem Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit eine geometrische, unveränderliche Beziehung besteht, so daß einer Umdrehung der motorisch angetriebenen, volumetrischen Pumpe ein ganz bestimmter Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit entspricht. Da diesem Hubweg wiederum ein bestimmter Drehwinkel der Ratschenbüchse entspricht, ergibt sich aus den Umdrehungen der Pumpe durch einfaches Umrechnen direkt der Ist-Schraubenspannwinkel. Dementsprechend läßt sich der Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Volumenstrom der Antriebseinheit durch die Abtasteinrichtung ermitteln.The invention is based on the consideration that between the Volume flow of the pump and the stroke of the piston-cylinder unit there is a geometrical, unchangeable relationship, so that one Revolution of the motor-driven volumetric pump very specific stroke of the piston-cylinder unit corresponds. There this stroke in turn a certain angle of rotation Ratchet bushing corresponds to the revolutions of the Pump by simply converting the Actual screw clamping angle. Accordingly, the Actual screw clamping angle from the volume flow of the drive unit determined by the scanner.

Vorzugsweise kann die Abtasteinrichtung für die Ermittlung des Ist-Schraubenwinkels einen Ist-Druckaufnehmer aufweisen und beim Spannen der Schraube die Knickpunkte des Ist-Drucks bei Erreichen des Fügepunkts, bei Einsetzen der Schraubendrehung in den Zwischenschritten und bei Anschlag des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit am Hubende als Intervallgrenzen für den Volumenstrom der Antriebseinheit heranziehen, in diesen Intervallgrenzen den Ist-Schraubenwinkel aus dem Volumenstrom ermitteln und bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels die Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit abschalten.Preferably, the scanning device for determining the Actual screw angle have an actual pressure sensor and at Tighten the screw the break points of the actual pressure when reached of the joining point when inserting the screw rotation into the Intermediate steps and when the piston stops Piston-cylinder unit at the stroke end as interval limits for the Use the volume flow of the drive unit in this Interval limits the actual screw angle from the volume flow determine and when the target screw clamping angle is reached Switch off the movement of the piston-cylinder unit.

Diese Ausgestaltung der Abtasteinrichtung macht sich die Tatsache zunutze, daß beim schrittweisen Drehen der Ratschenbüchse am Pumpenausgang zunächst ein steiler Druckanstieg einsetzt, der mit einem Knick in den Druckverlauf übergeht, der sich beim Anziehen der Schraubenverbindung bis zum Fügepunkt einstellt. Das Anziehen bis zum Fügepunkt kann in mehreren Schritten erfolgen, wobei am Ende eines jeden Schrittes wiederum ein Knickpunkt im Druckverlauf auftritt, wenn die Kolben-Zylinder-Einheit am Ende des Hubweges gegen einen Anschlag fährt. Ein weiterer Knickpunkt tritt vor Ende des Hubweges auf, wenn der Fügepunkt erreicht wird, da von diesem Punkt ab der Druckanstieg proportional zur Schraubenvorspannkraft erfolgt.This configuration of the scanning device makes the fact take advantage of that when turning the ratchet sleeve on Pump output starts with a steep pressure increase, which starts with  a kink in the pressure curve that changes when tightening the screw connection up to the joining point. Getting dressed up to the joining point can be done in several steps, whereby on At the end of each step, a kink in the pressure curve occurs when the piston-cylinder unit at the end of the stroke drives against a stop. Another break occurs before the end of the stroke path when the joining point is reached, because of this Point from the pressure increase proportional to the bolt preload he follows.

Solange die vorgegebene Soll-Schraubenvorspannung, d. h. der daraus ermittelte Soll-Schraubenspannwinkel noch nicht erreicht ist, legt die Kolben-Zylinder-Einheit während jedes Schrittes den vollen Hubweg bis zum Anschlag zurück, so daß das Intervall zwischen dem Knickpunkt des Druckverlaufs zu Beginn und am Ende des Hubweges ein Maß für den jeweiligen Schraubenspannwinkel ist. Da diesem Intervall eine bestimmte Fördermenge bzw. ein bestimmter Volumenstrom der Pumpe zugeordnet ist, der sich wiederum aus deren Drehzahl ergibt, besteht eine eindeutige Beziehung zwischen dem Schraubenspannwinkel und dem Volumenstrom der Antriebseinheit.As long as the specified target screw preload, i.e. H. of the the target bolt angle determined from this has not yet been reached the piston-cylinder unit sets the during each step full stroke back to the stop so that the interval between the break point of the pressure curve at the beginning and at the end the stroke is a measure of the respective screw clamping angle. Since this interval a certain delivery rate or a certain Volume flow of the pump is assigned, which in turn consists of their Revs, there is a clear relationship between the Screw clamping angle and the volume flow of the drive unit.

Wird beim Anziehen der Schraubenverbindung während des letzten Schrittes der Soll-Schraubenspannwinkel erreicht, was sich in der Abtasteinrichtung durch Aufaddieren der Hubwege in den einzelnen Schritten seit dem Fügepunkt feststellen läßt, wird die Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit abgeschaltet, beispielsweise durch Abschalten der Antriebseinheit oder durch Öffnen eines Druckventils in der Leitungsverbindung zwischen der Antriebseinheit und der Kolben-Zylinder-Einheit.Will when tightening the screw connection during the last Step the target screw clamping angle reached what is in the Scanning device by adding up the stroke lengths in the individual Steps since the joining point, the movement the piston-cylinder unit is switched off, for example by Switch off the drive unit or by opening one  Pressure valve in the line connection between the Drive unit and the piston-cylinder unit.

Wenn zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit und der Pumpe ein einstellbares Druckventil angeordnet ist, das auf einen der Soll-Vorspannkraft entsprechenden Soll-Druck einstellbar ist, und ermittelt die Antasteinrichtung den Ist-Schraubenspannwinkel bei Erreichen des Soll-Drucks aus dem Volumenstrom der Antriebseinheit, ist es möglich, bei Nichterreichen des Soll-Schraubenspannwinkels eine Erhöhung des Drucks am Druckventil durch die Abtasteinrichtung einstellen zu lassen und ein Weiterdrehen der Schraube durch die Kolben-Zylinder-Einheit bis Erreichen des soll-Schraubenspannwinkels zu bewirken. Dabei läßt sich der Ist-Schraubenspannwinkel vor Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels auf einfache Weise mit dem Intervall des Druckverlaufs in Verbindung bringen, dessen Knickpunkt sich durch das Öffnen des Druckventils bei Erreichen des eingestellten Soll-Drucks ergibt. Dieser Soll-Druck darf selbstverständlich nicht so hoch eingestellt sein, daß bei Erreichen dieses Soll-Drucks die Soll-Vorspannkraft überschritten wird.If between the piston-cylinder unit and the pump adjustable pressure valve is arranged on one of the Target biasing force corresponding target pressure is adjustable, and the probing device determines the actual screw clamping angle Reaching the target pressure from the volume flow of the Drive unit, it is possible if the Set screw clamping angle an increase in pressure at the pressure valve to be set by the scanner and a Continue turning the screw through the piston-cylinder unit until To achieve the target screw clamping angle. It leaves the actual screw clamping angle before reaching the Target screw tensioning angle in a simple manner with the interval connect the pressure curve, the break point of which by opening the pressure valve when the set one is reached Target pressure results. This target pressure may of course be used not be set so high that when this is reached Target pressure, the target preload is exceeded.

Aufgrund der eingangs erwähnten Ungenauigkeiten der Steuerung über eine Druckeinstellung ist es daher vorteilhaft, diesen Soll-Druck etwas niedriger als der Soll-Vorspannkraft entsprechend einzustellen, um durch einen anschließenden Schritt den vorgegebenen Soll-Schraubenspannwinkel und damit die Soll-Vorspannkraft tatsächlich zu erreichen, indem die Schraube durch die Kolben-Zylinder-Einheit um einen entsprechenden Winkel weitergedreht und die Bewegung des Kraftschraubers dann abgeschaltet wird.Due to the inaccuracies of the control mentioned above a pressure setting, it is therefore advantageous to this target pressure somewhat lower than the target preload to set the predetermined target screw angle and thus the Target preload is actually achieved by the screw  through the piston-cylinder unit at an appropriate angle continued to rotate and then the movement of the power wrench is switched off.

Da die Eingabeelektronik, die Auswerteelektronik und die Abtasteeinrichtung vorzugsweise aus einem einheitlichen elektronischen Baustein bestehen können, ist es vorteilhaft, als Ist-Druckaufnehmer einen elektronischen Druckmesser in der Leitungsverbindung zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit und der Antriebseinheit vorzusehen, dessen Meßdaten als elektrische Meßgrößen direkt durch den elektronischen Baustein verwertbar sind. Ein derartiger elektronischer Druckmesser ist erforderlich, wenn der Antriebsmotor für die volumetrische Pumpe kein Elektromotor, sondern beispielsweise ein Druckluftmotor ist.Since the input electronics, the evaluation electronics and the Scanning device preferably from a uniform electronic component can exist, it is advantageous as Is an electronic pressure gauge in the pressure transducer Line connection between the piston-cylinder unit and the Provide drive unit, the measurement data as electrical Measured variables can be used directly by the electronic component are. Such an electronic pressure meter is required if the drive motor for the volumetric pump is none Electric motor, but for example an air motor.

Handelt es sich bei dem Antriebsmotor für die volumetrische Pumpe um einen Elektromotor, kann der Ist-Druckaufnehmer als Stromaufnahmemeßgerät ausgebildet sein, da die Stromaufnahme eines Elektromotors, der eine volumetrische Pumpe antreibt, direkt proportional zum Pumpendruck ist.Is it the drive motor for the volumetric pump around an electric motor, the actual pressure transducer can be used as Current consumption measuring device be formed, since the current consumption of a Electric motor that drives a volumetric pump directly is proportional to the pump pressure.

Handelt es sich bei dem Antriebsmotor um einen. wechselstrombetriebenen Antriebsmotor, dessen Phasenlage sich mit dem aufzubringenden Drehmoment und damit proportional zum von der volumetrischen Pumpe erzeugten Druck ändert, kann der Ist-Druckaufnehmer auch als Phasenwinkelmeßgerät ausgebildet sein. If the drive motor is one. AC-powered drive motor, whose phase position coincides with the torque to be applied and thus proportional to the volumetric pump generated pressure changes, the Actual pressure sensor can also be designed as a phase angle measuring device.  

Vorzugsweise kann die Abtasteinrichtung für den Ist-Druck eine Differentiiereinrichtung aufweisen, da sich die aufzunehmenden Knickpunkte des Druckverlaufs als sprunghafte Veränderung der Steigung aus der Differentiierung des Ist-Drucks ergeben und eine genaue Ermittlung der Knickpunkte ermöglichen.The scanning device for the actual pressure can preferably be a Have differentiating device, since the to be recorded Breakpoints of the pressure curve as a sudden change in the Slope from the differentiation of the actual pressure and one enable precise determination of the break points.

Für die Ermittlung des Ist-Schraubenspannwinkels läßt sich der maßgebliche Volumenstrom der Antriebseinheit aus der Anzahl der Umdrehungen der volumetrischen Pumpe in den Intervallgrenzen in der Abtasteinrichtung berechnen, vorzugsweise indem die Umdrehungsgeschwindigkeit der volumetrischen Pumpe und die Zeitdauer der Intervalle des Druckverlaufs zwischen den Knickpunkten zur Berechnung des Volumenstroms herangezogen werden.The can be used to determine the actual screw clamping angle relevant volume flow of the drive unit from the number of Revolutions of the volumetric pump in the interval limits in of the scanner, preferably by using the Rotational speed of the volumetric pump and the Duration of the intervals of the pressure curve between the Kink points can be used to calculate the volume flow.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines hydraulisch betriebenen Kraftschraubers der eingangs erwähnten Art weist die Schritte auf: Eingeben einer Soll-Vorspannkraft, der Schraubengröße, der Gewindesteigung und der Klemmlänge oder des Schraubenmaterials, der Materialgüte, der Schraubengröße, der Gewindesteigung und der Klemmlänge in eine Eingabeelektronik, Ermitteln eines Soll-Schraubenspannwinkels aus den eingegebenen Werten in einer Auswerteelektronik, Feststellen des Erreichens des Fügepunkts in einer Abtasteinrichtung, Ermitteln des Ist-Schraubenspannwinkels aus dem Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit ausgehend vom Fügepunkt in der Abtasteinrichtung und Abschalten der Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels mittels einer Steuer- und Abschalteinrichtung.The inventive method for controlling a hydraulic operated power wrench of the type mentioned has the Steps on: Enter a target preload, the Screw size, thread pitch and clamp length or Screw material, the material quality, the screw size, the Thread pitch and the clamping length in an input electronics, Determine a target screw clamping angle from the entered Values in an electronic evaluation system, determination of the achievement of the Joining point in a scanner, determining the Actual screw clamping angle from the stroke of the Piston-cylinder unit starting from the joining point in the Scanning device and switching off the movement of the Piston-cylinder unit when reaching the  Target screw clamping angle by means of a control and Switch-off device.

Die Abtasteinrichtung kann dabei den Ist-Schraubenspannwinkel ohne weiteres aus dem Volumenstrom der Antriebseinheit ermitteln, wobei die Abtasteinrichtung vorzugsweise für die Ermittlung des Ist-Schraubenwinkels einen Ist-Druckaufnehmer aufweist und beim Spannen der Schraube die Knickpunkte des Ist-Drucks bei Erreichen des Fügepunkts, bei Einsetzen der Schraubendrehung in den Zwischenschritten und bei Anschlag des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit am Hubende als Intervallgrenzen für den Volumenstrom der Antriebseinheit heranzieht, in diesen Intervallgrenzen den Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Volumenstrom ermittelt und bei Erreichen des Soll-Schraubenwinkels die Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit abschaltet. Die Annäherung an den Soll-Schraubenspannwinkel läßt sich vorteilhaft in der Weise kontrollieren, daß zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit ein einstellbares Druckventil angeordnet wird, das auf einen etwas niedrigeren Soll-Druck als dem der Soll-Vorspannkraft entsprechenden eingestellt ist. Wenn dann die Abtasteinrichtung den Ist-Schraubenspannwinkel bei Erreichen des eingestellten Soll-Drucks aus dem Volumenstrom der Antriebseinheit ermittelt, wobei das Erreichen des Soll-Drucks durch Differentiieren des Druckverlaufs im Knickpunkt genau ermittelbar ist, kann die Abtasteinrichtung einen erforderlichen Weiterdrehwinkel berechnen, die Druckeinstellung am Druckventil entsprechend erhöhen und ein Weiterdrehen der Schrauben durch die Kolben-Zylinder-Einheit bis Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels bewirken und dann die Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit abschalten.The scanner can the actual screw angle without determine further from the volume flow of the drive unit, whereby the scanning device preferably for determining the Actual screw angle has an actual pressure sensor and at Tighten the screw the break points of the actual pressure when reached of the joining point when inserting the screw rotation into the Intermediate steps and when the piston stops Piston-cylinder unit at the stroke end as interval limits for the Volume flow of the drive unit is used in this Interval limits the actual screw clamping angle from the volume flow determined and the movement when the target screw angle is reached the piston-cylinder unit switches off. The approach to the Target screw angle can be advantageous in this way check that between the piston-cylinder unit adjustable pressure valve is arranged on something Lower target pressure than that of the target preload is set accordingly. Then if the scanner the actual screw clamping angle when the set one is reached Target pressure determined from the volume flow of the drive unit, wherein the target pressure is reached by differentiating the The pressure curve at the break point can be determined exactly Calculate the scanning device a required further rotation angle, increase and set the pressure setting on the pressure valve accordingly Continue turning the screws through the piston-cylinder unit until  Achieve the desired screw clamping angle and then the Switch off the movement of the piston-cylinder unit.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is described below with reference to a drawing illustrated embodiment of the closer explained. In the Show drawing:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftschraubers mit Antriebseinheit und elektronischer Steuereinheit und Fig. 1 is a schematic representation of a power wrench according to the invention with drive unit and electronic control unit and

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Druckverlaufs beim Schraubenspannen. Fig. 2 is a schematic representation of the pressure curve during screw tightening.

Ein hydraulisch betriebener Kraftschrauber 1 umfaßt eine Kolben-Zylinder-Einheit 2, einen durch die Kolben-Zylinder-Einheit 2 beaufschlagbaren, schwenkbaren Hebel 3 mit einer Ratschenanordnung 5 zum schrittweisen Drehen einer Ratschenbüchse 4. Zwischen Anschlägen in der Kolben-Zylinder-Einheit 2 ergibt sich ein Schwenkwinkel α des Hebels 3. Dies entspricht dem vollen Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit. Dementsprechend besteht zwischen dem Hubweg H und dem Schwenkwinkel α eine feststehende, geometrische Beziehung.A hydraulically operated power wrench 1 comprises a piston-cylinder unit 2 , a pivotable lever 3 which can be acted upon by the piston-cylinder unit 2 and a ratchet arrangement 5 for gradually turning a ratchet sleeve 4 . A swivel angle α of the lever 3 results between stops in the piston-cylinder unit 2 . This corresponds to the full stroke of the piston-cylinder unit. Accordingly, there is a fixed geometric relationship between the stroke H and the swivel angle α.

Das Schwenken des Schwenkhebels 3 zum Spannen einer nicht dargestellten Schraube erfolgt durch Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheit 2 mit Drucköl von einer Antriebseinheit 6, während der Rückhub des Hebels 3 durch eine nicht dargestellte Rückholfeder bewirkt wird. Der Rückhub erfolgt als Leerhub, da die Ratschenanordnung 5 beim Rückhub die Drehverbindung zwischen dem Hebel 3 und der Ratschenbüchse 4 freigibt.The pivoting of the pivot lever 3 for tightening a screw, not shown, is carried out by applying pressure oil to the piston-cylinder unit 2 from a drive unit 6 , while the return stroke of the lever 3 is effected by a return spring, not shown. The return stroke takes place as an idle stroke, since the ratchet arrangement 5 releases the rotary connection between the lever 3 and the ratchet sleeve 4 during the return stroke.

Die Antriebseinheit 6 weist zwei parallel geschaltete Pumpen 7, 8 auf, die als Kolbenpumpen mit unterschiedlichem Fördervolumen ausgebildet sind. Der Antrieb der Pumpen 7, 8 erfolgt durch einen gemeinsamen Antriebsmotor 9, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als Elektromotor ausgebildet ist. Mit der Druckseite der Pumpen 7, 8 ist ein kombiniertes Umschalt- und Drucksteuerventil 11 verbunden, dessen Wirkungsweise noch erläutert wird. Des weiteren ist in der Druckleitung zum Kraftschrauber 1 ein Druckaufnehmer 12 angeordnet. Anstelle eines in der Druckleitung angeordneten Druckaufnehmers 12 kann die Messung des Drucks in der Druckleitung auch durch ein mit dem Antriebsmotor 9 verbundenes Stromaufnahmemeßgerät 13 oder durch ein mit dem Antriebsmotor 9 verbundenes Phasenwinkelmeßgerät 14 erfolgen.The drive unit 6 has two pumps 7 , 8 connected in parallel, which are designed as piston pumps with different delivery volumes. The pumps 7 , 8 are driven by a common drive motor 9 , which in the exemplary embodiment shown is designed as an electric motor. A combined changeover and pressure control valve 11 is connected to the pressure side of the pumps 7 , 8 , the mode of operation of which will be explained below. Furthermore, a pressure sensor 12 is arranged in the pressure line to the power wrench 1 . Instead of a pressure sensor 12 arranged in the pressure line, the pressure in the pressure line can also be measured by a current consumption measuring device 13 connected to the drive motor 9 or by a phase angle measuring device 14 connected to the drive motor 9 .

Mit dem Antriebsmotor 9 kann des weiteren ein Tachogenerator 15 verbunden sein.A tachometer generator 15 can also be connected to the drive motor 9 .

Eine die Antriebseinheit 6 steuernde, elektronische Steuereinheit 16 ist mit einer Eingabeelektronik 17, vorzugsweise einer Eingabetastatur, verbunden und weist Eingänge für den Druckaufnehmer 12 und/oder das Stromaufnahmemeßgerät 13 und/oder das Phasenwinkelmeßgerät 14 und/oder den Tachogenerator 15 auf. Ein Ausgang der elektronischen Steuereinheit 16 ist mit dem Umschalt- und Drucksteuerventil 11 verbunden. Die elektronische Steuereinheit 16 umfaßt eine Auswerteelektronik 18 zum Ermitteln eines Soll-Schraubenspannwinkels aus den in die Eingabeelektronik 17 eingegebenen Schraubenwerte, nämlich einer Soll-Vorspannkraft, der Schraubengröße, der Gewindesteigung und der Klemmlange. Des weiteren umfaßt die elektronische Steuereinheit 16 eine Abtasteinrichtung 19 für den Ist-Schraubenspannwinkel sowie eine Steuer- und Abschalteinrichtung 20 zum Abschalten der Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit 2 bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels. Eine Differentiereinrichtung 21 in der elektronischen Steuereinheit 16 dient dazu, aus dem in Fig. 2 dargestellten Druckverlauf beim Anziehen einer Schraubenverbindung die Knickpunkte A1 bis A8, B1 bis B3 und C1 bis C6 als sprunghafte Veränderung des Druckanstiegs darzustellen und zur Auswertung in der Abtasteinrichtung 19 sowie der Steuer- und Abschalteinrichtung 20 zur Verfügung zu stellen.An electronic control unit 16 controlling the drive unit 6 is connected to input electronics 17 , preferably an input keyboard, and has inputs for the pressure sensor 12 and / or the current consumption measuring device 13 and / or the phase angle measuring device 14 and / or the tachometer generator 15 . An output of the electronic control unit 16 is connected to the switchover and pressure control valve 11 . The electronic control unit 16 includes evaluation electronics 18 for determining a desired screw tension angle from the screw values entered into the input electronics 17 , namely a desired preload force, the screw size, the thread pitch and the clamping length. Furthermore, the electronic control unit 16 comprises a scanning device 19 for the actual screw clamping angle and a control and switch-off device 20 for switching off the movement of the piston-cylinder unit 2 when the desired screw clamping angle is reached. A differentiating device 21 in the electronic control unit 16 is used to represent the break points A 1 to A 8 , B 1 to B 3 and C 1 to C 6 as a sudden change in the pressure rise from the pressure curve shown in FIG. 2 when tightening a screw connection To provide evaluation in the scanning device 19 and the control and shutdown device 20 .

Das Spannen einer Schraubenverbindung mittels der in Fig. 1 dargestellten Schraubvorrichtung erfolgt unter Bezugnahme auf Fig. 2 in folgender Weise:The tightening of a screw connection by means of the screw device shown in FIG. 1 takes place with reference to FIG. 2 in the following way:

Zunächst werden in die Eingabeelektronik 17 die Soll-Vorspannkraft, die Schraubengröße, die Gewindesteigung und die Klemmlänge eingegeben und von dort an die Auswerteelektronik 18 in der elektronischen Steuereinheit 16 geleitet. Die Auswerteelektronik 18 ermittelt aus diesen Verschraubungsdaten einen Soll-Schraubenvorspannwinkel, da der Soll-Vorspannkraft eine bestimmte Schraubendehnung entspricht, die wiederum über die Gewindesteigung in einem direkt proportionalen Verhältnis zum Soll-Schraubenspannwinkel steht.First, the target preload force, the screw size, the thread pitch and the clamping length are entered into the input electronics 17 and from there to the evaluation electronics 18 in the electronic control unit 16 . The evaluation electronics 18 determines a set screw prestressing angle from these screwing data, since the set prestressing force corresponds to a specific screw stretch, which in turn is directly proportional to the set screw tightening angle via the thread pitch.

Die Soll-Vorspannkraft ist durch den Elastizitätsmodul des Schraubenmaterials, die zulässige Zugspannung, d. h. die Materialgüte, den Schaftquerschnitt und die Schraubenlänge vorgegeben und kann beispielsweise auf der Schraube selbst oder in einer Tabelle angegeben sein. Die Auswerteelektronik kann jedoch auch die Soll-Vorspannkraft ermitteln, wenn das Schraubenmaterial und die Schraubengüte zusätzlich zu der Schraubengröße, der Gewindesteigung und der Klemmlänge eingegeben werden.The target preload is determined by the modulus of elasticity of the Screw material, the allowable tensile stress, d. H. the Material quality, the shaft cross section and the screw length predetermined and can for example on the screw itself or in a table. However, the evaluation electronics can also determine the target preload force when the screw material and the screw quality in addition to the screw size that Thread pitch and the clamping length can be entered.

Dieser Soll-Schraubenspannwinkel wird erst ab dem Fügepunkt B3, d. h. ab dem Punkt, an dem die verschiedenen Bestandteile der Schraubenverbindung satt aufliegen, gemessen. Dieser Fügepunkt ist in Fig. 2 mit B3 bezeichnet.This nominal screw tension angle is only measured from the joining point B 3 , ie from the point at which the various components of the screw connection lie snugly. This joining point is designated B 3 in FIG. 2.

Wenn der Soll-Schraubenspannwinkel ermittelt ist, der ggf. zusammen mit den eingegebenen Schraubendaten auf einem nicht dargestellten Bildschirm angezeigt sein kann, wird der Motor 9 zum Antreiben der Pumpen 7, 8 in Betrieb gesetzt oder wird bei ständig laufendem Antriebsmotor 9 ein Druckentlastungsventil im Umschalt- und Drucksteuerventil 11 geschlossen, so daß sich in der Druckleitung zum Kraftschrauber 1 der Pumpendruck aufbaut. Dieser Druck steigt zunächst nur bis zum Punkt A1 in Fig. 2 an und entspricht den Widerständen in den Leitungen, dem Kraftschrauber 1 und in der Schraubenverbindung während des Anziehens bis zum Fügepunkt B3. In Fig. 2 ist dargestellt, daß bis zum Erreichen des Fügepunktes B3 zwei Leerhübe A1-B1 und A2-B2 erforderlich sind. Diese Leerhübe entsprechen dem vollem Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit 2 bis zum Anschlag am Ende des Hubwegs, an dem der Druck in der Druckleitung steil bis auf den in dem Abschalt- und Drucksteuerventil eingestellten Druck ansteigt. Bei diesem Druck kann es sich, wie nachstehend noch beschrieben, entweder um einen gleichbleibenden Druck pmax oder um einen ersten Druck p1 und anschließend den Druck pmax handeln. Zwischen jedem Hub kehrt die Kolben-Zylinder-Einheit, durch die elektronische Steuereinheit 16 gesteuert, in ihre Ausgangsstellung zurück.When the desired screw clamping angle has been determined, which can possibly be displayed together with the entered screw data on a screen (not shown), the motor 9 is started to drive the pumps 7 , 8 or a pressure relief valve is switched over while the drive motor 9 is running continuously - And pressure control valve 11 closed, so that the pump pressure builds up in the pressure line to the power wrench 1 . This pressure initially only rises to point A 1 in FIG. 2 and corresponds to the resistances in the lines, the power wrench 1 and in the screw connection during tightening up to the joining point B 3 . In Fig. 2 it is shown that two empty strokes A 1 -B 1 and A 2 -B 2 are required until the joining point B 3 is reached. These idle strokes correspond to the full stroke of the piston-cylinder unit 2 up to the stop at the end of the stroke, at which the pressure in the pressure line rises steeply up to the pressure set in the shutoff and pressure control valve. As described below, this pressure can be either a constant pressure p max or a first pressure p 1 and then the pressure p max . Between each stroke, the piston-cylinder unit, controlled by the electronic control unit 16 , returns to its starting position.

Wenn während des dritten Schritts beim Spannen der Schraubverbindung der Fügepunkt B3 erreicht ist, wird die Schraube entsprechend den Schraubendaten gespannt, wobei entsprechend der zunehmenden Schraubenvorspannung ein gleichmäßiges Ansteigen des erforderlichen Schraubmoments und damit des Drucks in der Druckleitung zur Kolben-Zylinder-Einheit 2 eintritt. Ist in einem Schritt das Ende Hubweges H erreicht, steigt vom Punkt C1 der Druck wieder stark auf p1 oder auf pmax an.If the joining point B 3 is reached during the third step in tensioning the screw connection, the screw is tightened in accordance with the screw data, with a corresponding increase in the required screw torque and thus the pressure in the pressure line to the piston-cylinder unit 2 in accordance with the increasing screw preload . If the end of stroke H is reached in one step, the pressure rises sharply from point C 1 to p 1 or to p max .

Der Schraubvorgang wiederholt sich in mehreren Schritten in der gleichen Weise, wobei die Intervalle I1 bis I6 dem Ist-Schraubenspannwinkel entsprechen.The screwing process is repeated in several steps in the same way, the intervals I 1 to I 6 corresponding to the actual screw clamping angle.

Der Druckverlauf läßt sich, wie bereits erwähnt, entweder mittels eines in der Druckleitung angeordneten, elektronischen Druckaufnehmers 12 oder durch ein mit dem Antriebsmotor 9 verbundenes Stromaufnahmemeßgerät 13 oder durch ein mit dem Antriebsmotor 9 verbundenes Phasenwinkelmeßgerät 14 ermitteln. Durch Differentieren des Druckverlaufs mittels der Differentiereinrichtung 21 in der elektronischen Steuereinheit 16 lassen sich die Knickpunkte A1 bis A8, B1 bis B3 und C1 bis C6 sehr genau bestimmen, so daß sich der Ist-Schraubenspannwinkel zu jedem Zeitpunkt mit dem Soll-Schraubenspannwinkel vergleichen läßt.As already mentioned, the pressure profile can be determined either by means of an electronic pressure sensor 12 arranged in the pressure line or by a current consumption measuring device 13 connected to the drive motor 9 or by a phase angle measuring device 14 connected to the drive motor 9 . By differentiating the pressure curve by means of the differentiating device 21 in the electronic control unit 16 , the breakpoints A 1 to A 8 , B 1 to B 3 and C 1 to C 6 can be determined very precisely, so that the actual screw clamping angle changes at any time with the Lets compare screw tension angle.

Der Ist-Schraubenspannwinkel ergibt sich aus den Intervallen I1 bis I6 in der Weise, daß die als Kolbenpumpen ausgebildeten Pumpen 7, 8 für jede Umdrehung des Antriebsmotors 9 ein ganz bestimmtes Hydraulikölvolumen liefern, dem ein bestimmter Hubweg H der Kolben-Zylinder-Einheit 2 je nach wirksamer Kolbenfläche entspricht.The actual screw clamping angle results from the intervals I 1 to I 6 in such a way that the pumps 7 , 8 , designed as piston pumps, deliver a very specific hydraulic oil volume for each revolution of the drive motor 9 , to which a certain stroke H of the piston-cylinder unit 2 corresponds to the effective piston area.

Läuft beispielsweise der Antriebsmotor 9 mit konstanter Drehzahl, genügt es, die Zeit für die Intervalle I1 bis I6 zwischen den Knickpunkten B3-C1, A4-C2, A5-C3, A6-C4, A7-C5, A8-C6 aufzuaddieren, da bei konstanter Drehzahl des Antriebsmotors 9 die Pumpen 7, 8 einen konstanten Volumenzustrom liefern, der genau einem bestimmten, aufzusummierenden Hubweg H der Kolben-Zylinder-Einheit 2 und damit dem Schraubenspannwinkel entspricht. Hierzu ist eine Zeitschaltung erforderlich, die nur die Intervalle I1 bis I6 aufsummiert.For example, if the drive motor 9 runs at a constant speed, it is sufficient to set the time for the intervals I 1 to I 6 between the break points B 3 -C 1 , A 4 -C 2 , A 5 -C 3 , A 6 -C 4 , A 7 -C 5 , A 8 -C 6 add up, since at constant speed of the drive motor 9, the pumps 7 , 8 deliver a constant volume inflow which corresponds exactly to a specific stroke path H to be summed up of the piston-cylinder unit 2 and thus the screw clamping angle. This requires a timer that only adds up the intervals I 1 to I 6 .

Ist mit dem Antriebsmotor 9 ein Tachogenerator 13 verbunden, der die Umdrehungen des Antriebsmotors zählt, ist weder eine Zeitschaltung erforderlich, noch muß der Antriebsmotor mit konstanter Drehzahl laufen, da, wie bereits ausgeführt, jeder Umdrehung des Antriebsmotors 9 ein ganz bestimmtes Fördervolumen der Pumpen 7, 8 entspricht, das einen entsprechenden Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit 2 zufolge hat.If a tachogenerator 13 is connected to the drive motor 9 and counts the revolutions of the drive motor, neither a time switch is necessary nor does the drive motor have to run at a constant speed, since, as already stated, each revolution of the drive motor 9 has a very specific delivery volume of the pumps 7 , 8 , which has a corresponding stroke of the piston-cylinder unit 2 .

Das Abschalten der Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit 2 bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels läßt sich auf unterschiedliche Weise steuern. Ist beispielsweise das Umschalt- und Drucksteuerventil 11 auf einen Höchstdruck pmax eingestellt, der stets höher liegt als der Druck, der sich beim Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels in der Druckleitung einstellt, ist es erforderlich, von der Steuer- und Abschalteinrichtung 20 in der elektronischen Steuereinheit 16 ein Signal an den Antriebsmotor 9 oder an das Umschalt- und Drucksteuerventil 11 zu senden, das den Antriebsmotor 9 bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels abstellt oder durch Öffnen eines Druckentlastungsventils im Umschalt- und Drucksteuerventil 11 eine schnelle Druckentlastung in der Druckleitung zur Kolben-Zylinder-Einheit 2 bewirkt und damit zum Stillstand der Hubbewegung führt. Dieser Abschaltpunkt kann beispielsweise beim Punkt C5 bei dem Druck p1 erreicht sein, so daß die Intervalle I1 bis I5 dem Ist-Schraubenspannwinkel entsprechen.The switching off of the movement of the piston-cylinder unit 2 when the desired screw clamping angle is reached can be controlled in different ways. If, for example, the changeover and pressure control valve 11 is set to a maximum pressure p max , which is always higher than the pressure which is established in the pressure line when the desired screw tensioning angle is reached, it is necessary for the control and shutdown device 20 in the electronic Control unit 16 to send a signal to the drive motor 9 or to the changeover and pressure control valve 11 , which shuts off the drive motor 9 when the desired screw clamping angle is reached, or by opening a pressure relief valve in the changeover and pressure control valve 11, rapid pressure relief in the pressure line to the piston Cylinder unit 2 causes and thus stops the stroke movement. This switch-off point can be reached, for example, at point C 5 at pressure p 1 , so that the intervals I 1 to I 5 correspond to the actual screw clamping angle.

Eine andere Möglichkeit, den Ist-Schraubenspannwinkel in Übereinstimmung mit den Soll-Schraubenspannwinkel zu bringen, besteht darin, in dem Umschalt- und Drucksteuerventil 11 einen Druck p1 einzustellen, der niedriger ist als der Druck, der sich bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels einstellt. In diesem Fall endet die Hubbewegung der Kolben-Zylinder-Einheit 2 zunächst im Knickpunkt C5, da in diesem Punkt der eingestellte Druck p1 erreicht wird und sich das Umschalt- und Drucksteuerventil 11 zum Hydraulikbehälter 10 öffnet.Another possibility of bringing the actual screw clamping angle into agreement with the target screw clamping angle is to set a pressure p 1 in the changeover and pressure control valve 11 which is lower than the pressure which occurs when the target screw clamping angle is reached . In this case, the stroke movement of the piston-cylinder unit 2 initially ends at the break point C 5 , since the set pressure p 1 is reached at this point and the changeover and pressure control valve 11 to the hydraulic tank 10 opens.

Während sich die Kolben-Zylinder-Einheit 2 in die Ausgangsstellung zurück bewegt, wird das auf den Druck p1 eingestellte Drucksteuerventil 11, durch die elektronische Steuereinheit 16 gesteuert, geschlossen, so daß ein weiterer Druckanstieg während des nachfolgenden Arbeitshubes der Kolben-Zylinder-Einheit möglich ist. Es erfolgt somit ein Weiterdrehen der Schraubenverbindung durch den Kraftschrauber 1 bis das Intervall I6 durchlaufen ist und nunmehr der Ist-Schraubenspannwinkel mit dem Soll-Schraubenspannwinkel übereinstimmt, wonach, wie bereits beschrieben, entweder der Antriebsmotor 9 abgeschaltet oder ein Druckentlastungsventil in dem Umschalt- und Drucksteuerventil 11 geöffnet wird, so daß das durch die Pumpen 7, 8 geförderte Drucköl in den Ölbehälter 10 zurückfließt. While the piston-cylinder unit 2 moves back to the starting position, the pressure control valve 11 set to the pressure p 1 is controlled by the electronic control unit 16 , so that a further pressure increase during the subsequent working stroke of the piston-cylinder unit is possible. Thus, the screw connection continues to be turned by the power wrench 1 until the interval I 6 has passed and the actual screw clamping angle now matches the target screw clamping angle, after which, as already described, either the drive motor 9 is switched off or a pressure relief valve in the changeover and Pressure control valve 11 is opened so that the pressure oil delivered by the pumps 7 , 8 flows back into the oil container 10 .

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Pumpen 7, 8 mit unterschiedlichem Fördervolumen parallel geschaltet. Beide Pumpen 7, 8 fördern während der Leerhübe A1-B1, A2-B2 bis zum Erreichen des Fügepunktes B3 gemeinsam in die Druckleitung zur Kolben-Zylinder-Einheit 2. Bei Erreichen des Fügepunktes B3 öffnet sich ein Druckentlastungsventil in dem Umschalt- und Drucksteuerventil 11, wodurch der Volumenstrom der Pumpe 8 wieder in den Ölbehälter 10 zurückfließt und nur noch die Pumpe 7 in die Druckleitung zur Kolben-Zylinder-Einheit 2 fördert. Auf diese Weise wird der Fügepunkt B3 sehr schnell erreicht, ohne daß die gesamte Antriebseinheit 6 hinsichtlich ihrer Leistung auf den beim Anziehen der Schraubenverbindung erforderlichen hohen Druck ausgerichtet zu werden braucht.In the embodiment shown in FIG. 1, two pumps 7 , 8 with different delivery volumes are connected in parallel. Both pumps 7 , 8 deliver together during the empty strokes A 1 -B 1 , A 2 -B 2 until the joining point B 3 is reached in the pressure line to the piston-cylinder unit 2 . When the joining point B 3 is reached, a pressure relief valve in the changeover and pressure control valve 11 opens, as a result of which the volume flow of the pump 8 flows back into the oil container 10 and only pumps the pump 7 into the pressure line to the piston-cylinder unit 2 . In this way, the joining point B 3 is reached very quickly without the need to align the entire drive unit 6 with regard to its performance to the high pressure required when tightening the screw connection.

Durch das Öffnen des Druckentlastungsventils geht die Leistungsaufnahme des Antriebsmotors 9 schlagartig zurück und steigt beim weiteren Anziehen der Schraube wieder an, so daß sich dieser Schaltpunkt durch das Stromaufnahmemeßgerät 13 oder durch das Phasenwinkelmeßgerät in der Abtasteinrichtung 19 beim Aufnehmen des Ist-Schraubenspannwinkels berücksichtigen läßt.By opening the pressure relief valve, the power consumption of the drive motor 9 drops suddenly and rises again when the screw is tightened further, so that this switching point can be taken into account by the current consumption measuring device 13 or by the phase angle measuring device in the scanning device 19 when the actual screw clamping angle is recorded.

Selbstverständlich kann das Druckentlastungsventil für die Pumpe 8 auch so eingestellt sein, daß noch ein Teil der Intervalle I1 bis I5 durch beide Pumpen 7, 8 erfaßt wird, wenn ein besonders schneller Schraubvorgang erwünscht ist.Of course, the pressure relief valve for the pump 8 can also be set so that part of the intervals I 1 to I 5 is still detected by both pumps 7 , 8 when a particularly fast screwing operation is desired.

Mit der Erfindung ist der besondere Vorteil verbunden, daß sich ein hochgenaues Anziehen einer Schraubenverbindung auf eine vorgebbare Soll-Vorspannkraft über einen daraus errechenbaren Soll-Schraubenspannwinkel erreichen läßt, ohne daß der Ist-Schraubenspannwinkel direkt mittels einer besonderen Winkelmeßvorrichtung gemessen werden muß, da sich der Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Volumenstrom der Hydraulikantriebseinheit 6 für den Kraftschrauber 1 ermitteln läßt und dieser Volumenstrom aus den Abmessungen der Pumpen 7, 8 und ihrer Drehzahl geometrisch vorgegeben ist.The invention has the particular advantage that a highly precise tightening of a screw connection to a predeterminable target preload force can be achieved via a target bolt tension angle that can be calculated therefrom without the actual bolt tension angle having to be measured directly by means of a special angle measuring device, since the Actual screw clamping angle can be determined from the volume flow of the hydraulic drive unit 6 for the power wrench 1 and this volume flow is geometrically predetermined from the dimensions of the pumps 7 , 8 and their speed.

Claims (17)

1. Hydraulisch betriebener Kraftschrauber (1) mit
  • - einem durch eine Kolben-Zylinder-Einheit (2) schwenkbaren Hebel (3) mit einer Ratschenanordnung (5) zum schrittweisen Drehen einer Ratschenbüchse (4),
  • - einer Antriebseinheit (6) mit einer motorisch angetriebenen, volumetrischen Pumpe (7, 8),
  • - einer Eingabeelektronik (17) zum Eingeben einer Soll-Vorspannkraft, der Schraubengröße, der Gewindesteigung und der Klemmlänge oder des Schraubenmaterials, der Materialgüte, der Schraubengröße, der Gewindesteigung und der Klemmlänge,
  • - einer Auswerteelektronik (18) zum Ermitteln eines Soll-Schraubenspannwinkels aus den eingegebenen Werten,
  • - einer Abtasteinrichtung (19) für den Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit (1), ausgehend vom Fügepunkt (B3) und
  • - einer steuer- und Abschalteinrichtung (20) zum Abschalten der Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit (2) bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels.
1. Hydraulically operated power screwdriver ( 1 ) with
  • a lever ( 3 ) which can be pivoted by a piston-cylinder unit ( 2 ) and has a ratchet arrangement ( 5 ) for gradually rotating a ratchet sleeve ( 4 ),
  • - a drive unit ( 6 ) with a motor-driven volumetric pump ( 7 , 8 ),
  • - An input electronics ( 17 ) for entering a target preload, the screw size, the thread pitch and the clamping length or the screw material, the material quality, the screw size, the thread pitch and the clamping length,
  • - evaluation electronics ( 18 ) for determining a desired screw clamping angle from the entered values,
  • - A scanning device ( 19 ) for the actual screw clamping angle from the stroke of the piston-cylinder unit ( 1 ), starting from the joining point (B 3 ) and
  • - A control and switch-off device ( 20 ) for switching off the movement of the piston-cylinder unit ( 2 ) when the desired screw clamping angle is reached.
2. Kraftschrauber nach Anspruch 1, bei dem die Abtasteinrichtung (19) dem Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Volumenstrom der Antriebseinheit (6) ermittelt.2. Power screwdriver according to claim 1, in which the scanning device ( 19 ) determines the actual screw clamping angle from the volume flow of the drive unit ( 6 ). 3. Kraftschrauber nach Anspruch 2, bei dem die Abtasteinrichtung (19) für die Ermittlung des Ist-Schraubenwinkels einen Ist-Druckaufnehmer (12, 13, 14) aufweist und beim Spannen der Schraube die Knickpunkte (A1-A3; B1-B8; C1-C6) des Ist-Drucks bei Erreichen des Fügepunktes (B3) bei Einsetzen der Schraubendrehung in den Zwischenschritten und bei Anschlag der Kolben-Zylinder-Einheit (1) am Hubende als Intervallgrenzen (I1 bis I6) für den Volumenstrom der Antriebseinheit (6) heranzieht, in diesen Intervallgrenzen (I1 bis I6) den Ist-Schraubenwinkel aus dem Volumenstrom ermittelt und bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels die Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit (1) abschaltet.3. Power wrench according to claim 2, in which the scanning device ( 19 ) for determining the actual screw angle has an actual pressure sensor ( 12 , 13 , 14 ) and when the screw is tightened, the break points (A 1 -A 3 ; B 1 - B 8 ; C 1 -C 6 ) of the actual pressure when the joining point (B 3 ) is reached when the screw rotation is inserted in the intermediate steps and when the piston-cylinder unit ( 1 ) stops at the stroke end as interval limits (I 1 to I 6 ) for the volume flow of the drive unit ( 6 ), determines the actual screw angle from the volume flow within these interval limits (I 1 to I 6 ) and switches off the movement of the piston-cylinder unit ( 1 ) when the set screw tension angle is reached. 4. Kraftschrauber nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit (1) und der Pumpe (7, 8) ein einstellbares Druckventil (11) angeordnet ist, das auf einen der Soll-Vorspannkraft entsprechenden Soll-Druck einstellbar ist, die Abtasteinrichtung (19) den Ist-Schraubenspannwinkel bei Erreichen des Soll-Drucks aus dem Volumenstrom der Antriebseinheit (6) ermittelt, bei Nichterreichen des Soll-Schraubenspannwinkels eine Erhöhung der Druckeinstellung am Druckventil (11) und ein Weiterdrehen der Schraube durch die Kolben-Zylinder-Einheit (1) bis Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels bewirkt.4. Power wrench according to claim 1, 2 or 3, in which between the piston-cylinder unit ( 1 ) and the pump ( 7 , 8 ) an adjustable pressure valve ( 11 ) is arranged, which corresponds to a desired biasing the desired Pressure is adjustable, the scanning device ( 19 ) determines the actual screw clamping angle when the set pressure is reached from the volume flow of the drive unit ( 6 ), if the set screw clamping angle is not reached, an increase in the pressure setting on the pressure valve ( 11 ) and a further turning of the screw the piston-cylinder unit ( 1 ) until the desired screw clamping angle is reached. 5. Kraftschrauber nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Ist-Druckaufnehmer als elektronischer Druckmesser (12) in der Verbindung zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit (1) und der Antriebseinheit (6) ausgebildet ist.5. Power wrench according to claim 3 or 4, wherein the actual pressure sensor is designed as an electronic pressure gauge ( 12 ) in the connection between the piston-cylinder unit ( 1 ) and the drive unit ( 6 ). 6. Kraftschrauber nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Ist-Druckaufnehmer als Stromaufnahmemeßgerät (19) einer elektromotorisch angetriebenen Antriebseinheit (6) ausgebildet ist.6. Power wrench according to claim 3 or 4, in which the actual pressure sensor is designed as a current consumption measuring device ( 19 ) of an electric motor-driven drive unit ( 6 ). 7. Kraftschrauber nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Ist-Druckaufnehmer als Phasenwinkelmeßgerät (14) einer mit Wechselstrom betriebenen elektromotorischen Antriebseinheit (6) ausgebildet ist.7. Power wrench according to claim 3 or 4, in which the actual pressure sensor is designed as a phase angle measuring device ( 14 ) of an electromotive drive unit ( 6 ) operated with alternating current. 8. Kraftschrauber nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem die Abtasteinrichtung (19) eine Differentiiereinrichtung (21) für den Ist-Druck aufweist und sich die Knickpunkte (A1-A3; B1-B8; C1-C6)als sprunghafte Veränderung der Steigung des Ist-Druckverlaufs aus der Differentiierung des Ist-Drucks ergeben. 8. Power screwdriver according to one of claims 3 to 7, in which the scanning device ( 19 ) has a differentiating device ( 21 ) for the actual pressure and the break points (A 1 -A 3 ; B 1 -B 8 ; C 1 -C 6 ) as a sudden change in the slope of the actual pressure curve from the differentiation of the actual pressure. 9. Kraftschrauber nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem der für die Ermittlung des Ist-Schraubenspannwinkels maßgebende Volumenstrom der Antriebseinheit (6) aus der Anzahl der Umdrehungen der volumetrischen Pumpe (7, 8) in den Intervallgrenzen (I1 bis I6) in der Abtasteinrichtung (19) berechnet wird.9. Power screwdriver according to one of claims 3 to 8, in which the volume flow of the drive unit ( 6 ) determining the actual screw clamping angle from the number of revolutions of the volumetric pump ( 7 , 8 ) in the interval limits (I 1 to I 6 ) is calculated in the scanner ( 19 ). 10. Kraftschrauber nach Anspruch 9, bei dem aus der Umdrehungsgeschwindigkeit der volumetrischen Pumpe (7, 8) und der Zeitdauer der Intervalle (I1 bis I6) der Volumenstrom in der Abtasteinrichtung (19) berechnet wird.10. Power screwdriver according to claim 9, in which the volume flow in the scanning device ( 19 ) is calculated from the speed of rotation of the volumetric pump ( 7 , 8 ) and the duration of the intervals (I 1 to I 6 ). 11. Verfahren zum Steuern eines hydraulisch betriebenen Kraftschraubers mit einem durch eine Kolben-Zylinder-Einheit schwenkbaren Hebel mit einer Ratschenanordnung zum schrittweisen Drehen einer Ratschenbüchse und einer Antriebseinheit mit einer motorisch angetriebenen, volumetrischen Pumpe mit den Schritten:
  • - Eingeben einer Soll-Vorspannkraft, der Schraubengröße, der Materialgüte, der Gewindesteigung und der Klemmlänge oder des Schraubenmaterials, der Materialgüte, der Schraubengröße, der Gewindesteigung und der Klemmlänge in eine Eingabeelektronik,
  • - Ermitteln eines Soll-Schraubenspannwinkels aus den eingegebenen Werten in einer Auswerteelektronik,
  • - Festellen des Erreichens des Fügepunkts in einer Abtasteinrichtung,
  • - Ermitteln des Ist-Schraubenspannwinkels aus dem Hubweg der Kolben-Zylinder-Einheit, ausgehend vom Fügepunkt in der Abtasteinrichtung und
  • - Abschalten der Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit (2) bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels mittels einer Steuer- und Abschalteinrichtung.
11. A method for controlling a hydraulically operated power wrench with a lever which can be pivoted by a piston-cylinder unit, with a ratchet arrangement for gradually turning a ratchet sleeve and a drive unit with a motor-driven volumetric pump, comprising the steps:
  • Entering a nominal preload force, the screw size, the material quality, the thread pitch and the clamping length or the screw material, the material quality, the screw size, the thread pitch and the clamping length into an input electronics,
  • - Determination of a target screw clamping angle from the entered values in an evaluation electronics,
  • - determining the reaching of the joining point in a scanning device,
  • - Determine the actual screw clamping angle from the stroke of the piston-cylinder unit, starting from the joining point in the scanning device and
  • - Switching off the movement of the piston-cylinder unit ( 2 ) when the desired screw clamping angle is reached by means of a control and switch-off device.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Abtasteinrichtung den Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Volumenstrom der Antriebseinheit ermittelt.12. The method of claim 11, wherein the scanning device Actual screw clamping angle from the volume flow of the Drive unit determined. 13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Abtasteinrichtung für die Ermittlung des Ist-Schraubenwinkels einen Ist-Druckaufnehmer aufweist und beim Spannen der Schraube die Knickpunkte des Ist-Drucks bei Erreichen des Fügepunktes, bei Einsetzen der Schraubendrehung in den Zwischenschritten und bei Anschlag des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit am Hubende als Intervallgrenzen für den Volumenstrom der Antriebseinheit heranzieht, in diesen Intervallgrenzen den Ist-Schraubenspannwinkel aus dem Volumenstrom ermittelt und bei Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels die Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit (1) abschaltet.13. The method according to claim 12, wherein the scanning device for determining the actual screw angle has an actual pressure sensor and when tightening the screw, the kink points of the actual pressure when the joining point is reached, when the screw rotation is inserted in the intermediate steps and when the Use the piston of the piston-cylinder unit at the stroke end as interval limits for the volume flow of the drive unit, determine the actual screw clamping angle from the volume flow within these interval limits and switch off the movement of the piston-cylinder unit ( 1 ) when the desired screw clamping angle is reached. 14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, bei dem zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit und der Pumpe ein einstellbares Druckventil angeordnet ist, das auf einen, der Soll-Vorspannkraft entsprechenden Soll-Druck einstellbar ist, die Abtasteinrichtung für die Ermittlung des Ist-Schraubenspannwinkels den Ist-Schraubenspannwinkel bei Erreichen des Soll-Drucks aus dem Volumenstrom der Antriebseinheit ermittelt, bei Nichterreichen des Soll-Schraubenspannwinkels eine Erhöhung der Druckeinstellung am Druckventil und ein Weiterdrehen der Schraube durch die Kolben-Zylinder-Einheit bis Erreichen des Soll-Schraubenspannwinkels bewirkt.14. The method according to claim 11, 12 or 13, in which between the Piston-cylinder unit and the pump an adjustable Pressure valve is arranged on one of the Target prestressing force corresponding target pressure is adjustable,  the scanner for determining the Actual screw clamping angle at the actual screw clamping angle Reaching the target pressure from the volume flow of the Drive unit determined if the Target screw clamping angle an increase in pressure setting on the pressure valve and turning the screw further through the Piston-cylinder unit until reaching the Set screw clamping angle causes. 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Abtasteinrichtung eine Differentiiereinrichtung für den Ist-Druck aufweist und sich die Knickpunkte als sprunghafte Veränderung der Steigung des Ist-Druckverlaufs aus der Differentiierung des Ist-Drucks ergeben.15. The method according to claim 13 or 14, wherein the Scanning device a differentiating device for the Has actual pressure and the break points as erratic Change in the slope of the actual pressure curve from the Differentiation of the actual pressure result. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem aus der Anzahl der Umdrehungen der volumetrischen Pumpe in den Intervallgrenzen in der Abtasteinrichtung berechnet wird.16. The method according to any one of claims 13 to 15, in which from the Number of revolutions of the volumetric pump in the Interval limits in the scanner is calculated. 17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der für die Ermittlung des Ist-Schraubenspannwinkels maßgebende Volumenstrom der Antriebseinheit aus der Umdrehungsgeschwindigkeit der volumetrischen Pumpe und der Zeitdauer der Intervalle in der Abtasteinrichtung berechnet wird.17. The method according to claim 16, wherein the for determining the Actual screw clamping angle is the decisive volume flow Drive unit from the speed of rotation of the volumetric pump and the duration of the intervals in the Scanner is calculated.
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